[發(fā)明專利]一種集成TJBS的碳化硅UMOSFET器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010490801.6
• 申請日: 2020-06-02
• 公開（公告）號: CN111755522B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯曉燕;余意;何艷靜;袁昊;宋慶文;張玉明
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/16;H01L29/423
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 李園園

本發(fā)明涉及一種集成TJBS的碳化硅UMOSFET器件，包括：N+襯底區(qū)、N?外延區(qū)、P?阱區(qū)、N+注入?yún)^(qū)、第一P+注入?yún)^(qū)、第二P+注入?yún)^(qū)、柵極、源極和漏極，其中，第二P+注入?yún)^(qū)與第一P+注入?yún)^(qū)間隔設(shè)置且深度一致，第一P+注入?yún)^(qū)內(nèi)設(shè)置有第一溝槽，第二P+注入?yún)^(qū)內(nèi)設(shè)置有第二溝槽，柵極的深度大于P?阱區(qū)的深度，小于第一P+注入?yún)^(qū)的深度，源極與P?阱區(qū)、N+注入?yún)^(qū)、第一P+注入?yún)^(qū)、第二P+注入?yún)^(qū)的界面為歐姆接觸，源極與N?外延區(qū)的界面為肖特基接觸。本發(fā)明的器件，在器件內(nèi)集成的肖特基二極管結(jié)構(gòu)中，引入溝槽結(jié)構(gòu)，使得第一P+注入?yún)^(qū)和第二P+注入?yún)^(qū)的深度增加，在經(jīng)過刻蝕形成的較薄的N?外延區(qū)表面進(jìn)行P+注入，使得P+注入?yún)^(qū)的深度更大，提升了器件的抗雪崩能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種集成TJBS的碳化硅UMOSFET器件。

背景技術(shù)

近年來，隨著電力電子系統(tǒng)的不斷發(fā)展，對系統(tǒng)中的功率器件提出了更高的要求。硅(Si)基電力電子器件由于材料本身的限制已無法滿足系統(tǒng)應(yīng)用的要求，碳化硅(SiC)材料作為第三代半導(dǎo)體材料的代表，在諸多特性上均遠(yuǎn)好于硅材料。碳化硅MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半場效晶體管)器件作為近些年商業(yè)化的器件，在導(dǎo)通電阻、開關(guān)時間、開關(guān)損耗和散熱性能等方面，均有著替代現(xiàn)有IGBT((Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)的巨大潛力。

垂直結(jié)構(gòu)的UMOSFET相對于橫向結(jié)構(gòu)的MOSFET，具有導(dǎo)通電阻小，元胞尺寸小的優(yōu)點，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，由于碳化硅材料的禁帶寬度較大，碳化硅UMOSFET器件內(nèi)部集成的寄生PiN二極管開啟電壓大多在3V左右，無法為器件本身提供續(xù)流作用，導(dǎo)致碳化硅UMOSFET器件內(nèi)部本身的續(xù)流能力較弱。因此，在全橋等電力電子系統(tǒng)應(yīng)用中，經(jīng)常要反并聯(lián)一個額外的肖特基二極管作為續(xù)流二極管使用，大大增加了電路系統(tǒng)的復(fù)雜程度和成本。另外，在阻斷模式下，由于柵槽拐角處柵氧的強(qiáng)電場會引發(fā)一系列可靠性問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種集成TJBS的碳化硅UMOSFET器件。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

本發(fā)明提供了一種集成TJBS的碳化硅UMOSFET器件，包括：

N+襯底區(qū)；

N-外延區(qū)，設(shè)置在所述N+襯底區(qū)上；

P-阱區(qū)，設(shè)置在所述N-外延區(qū)上；

N+注入?yún)^(qū)，設(shè)置在所述P-阱區(qū)上；

第一P+注入?yún)^(qū)，位于所述N-外延區(qū)內(nèi)部，所述第一P+注入?yún)^(qū)內(nèi)設(shè)置有第一溝槽；

第二P+注入?yún)^(qū)，位于所述N-外延區(qū)內(nèi)部，且與所述第一P+注入?yún)^(qū)間隔設(shè)置，所述第二P+注入?yún)^(qū)內(nèi)設(shè)置有第二溝槽；

柵極，與所述P-阱區(qū)和所述N+注入?yún)^(qū)相鄰設(shè)置，且部分位于所述N-外延區(qū)和所述第一P+注入?yún)^(qū)的內(nèi)部，所述柵極的深度小于所述第一P+注入?yún)^(qū)的深度；

源極，設(shè)置在所述P-阱區(qū)和所述N+注入?yún)^(qū)的側(cè)壁、以及所述N+注入?yún)^(qū)、所述第一P+注入?yún)^(qū)、所述N-外延區(qū)和所述第二P+注入?yún)^(qū)上，所述源極與所述N-外延區(qū)的界面為肖特基接觸；

漏極，設(shè)置在所述N+襯底區(qū)下表面。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述源極與所述P-阱區(qū)、所述N+注入?yún)^(qū)、所述第一P+注入?yún)^(qū)、所述第二P+注入?yún)^(qū)的界面為歐姆接觸。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述第二P+注入?yún)^(qū)的深度與所述第一P+注入?yún)^(qū)的深度一致。

在本發(fā)明的一個實施例中，所述柵極包括柵槽和設(shè)置在所述柵槽內(nèi)部的柵極層，所述柵槽內(nèi)壁與所述柵極層之間設(shè)置有柵介質(zhì)層。